| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| RESEARCH ON IMAGE RECONSTRUCTION ALGORITHM AND ACCELERATION CIRCUIT FOR LENSLESS MICROSCOPIC IMAGING | | Autor/a | Tian, Dian | | Departamento | Electrónica | | Director/a | Hernández Alonso, Álvaro | | Directores/as | Ureña Ureña, Jesús; Yu, Ningmei | | Fecha de depósito | 16-06-2025 | | Periodo de exposición pública | 16 a 30 de junio de 2025 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Modalidad | Presencial | | Programa | Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes (RD 99/2011) | | Mención internacional | No | | Resumen | Con el avance del Internet de las Cosas (IoT), la computación en la nube y la inteligencia artificial (IA), las demandas de aplicación para el Internet de las Cosas Médicas (IoMT) y las Pruebas de Punto de Atención (POCT) han aumentado drásticamente. La integración de la imagen sin lente y la tecnología microfluídica ha hecho posible el desarrollo de dispositivos POCT portátiles, de bajo costo y basados en IoMT para el análisis de células sanguíneas. Esta tesis se centra en la imagen sin lente combinada con la microfluídica en el terminal, realizando una investigación exhaustiva sobre los métodos de imagen, los algoritmos de reconstrucción y las arquitecturas de aceleración. Las principales contribuciones son las siguientes:
1. Se proponen un método de imagen de escaneo subpíxel utilizando un sensor de imagen de matriz de doble línea inclinado, y un algoritmo de estimación de desplazamiento subpíxel basado en la compensación espacio-tiempo. Además, se construyen el modelo de imagen de escaneo de matriz lineal y el modelo de reconstrucción de imagen de escaneo de matriz de doble línea, y se derivan y verifican el principio de imagen, el cálculo de la velocidad del flujo y el algoritmo de reconstrucción con compensación.
2. Se desarrollan un sistema de imagen sin lente basado en un chip microfluídico y una tomografía de difracción óptica 3D basada en iluminación multiángulo. Además, se propone un algoritmo de reconstrucción por fusión multifocal para abordar el desenfoque de la reconstrucción causado por las diferentes alturas de las células en la microfluídica. Además, se desarrolla un algoritmo de reconstrucción por fusión multifocal basado en un solo autofoco de sección áurea. Para la tomografía de difracción óptica 3D, se establecen un modelo de imagen multiángulo y el modelo de reconstrucción.
3. Se propone un marco algorítmico uniforme para la reconstrucción de imágenes difractivas y su arquitectura de aceleración de hardware. Se diseñan elementos de procesamiento para el autoenfoque y la iteración de fase para paralelismo de alta velocidad, y se diseña un elemento de procesamiento con modo conmutable para un área pequeña. Además, para la 2/4-split radix, se propone una arquitectura de conmutación retrasada multicanal (MDC) con la estructura de caché-computación-FIFO y se combina con una ruta de retroalimentación para implementar la conmutación dinámica y sin bloqueo de FFT e iFFT.
4. Se diseña un método de cálculo digital aproximado por serie de potencias (PSADIC) y un circuito pipeline de siete etapas para PSADIC para realizar el cálculo conjunto de multiplicación, división y raíces cuadradas. En comparación con el cálculo CORDIC de dos etapas, el MRED de PSADIC se reduce en un 66.67%. Bajo el proceso TSMC de 40 nm, PSADIC logra un 14.61% menos en ADP, un 21.50% menos en PDP y un 75% menos en latencia que CORDIC de dos etapas.
5. Se propone un concepto de red de memoria de alto ancho de banda para arquitecturas Crossbar y NoC. Centrándose en Crossbar, se diseña una arquitectura de red de memoria con compartición en dos etapas, y la ausencia de interbloqueos y conflictos dentro de la red de memoria. Además, se construye un modelo a nivel de transacción de la red de memoria utilizando SystemC y TLM, junto con un método de simulación de visualización para mostrar los detalles de las solicitudes, conflictos y utilización en la red de memoria. |
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